当期目录

        
    2024年 第60卷 第6期 刊出日期:2024-11-20
    2024年第6期目次
    2024, 60(6):  0. 
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    粒子辐射探测器专用电荷灵敏前置放大器扩量程技术研究
    王游龙, 于向前, 王玲华, 陈鸿飞, 施伟红, 陈傲, 王永福, 杨芯, 宗秋刚, 邹鸿
    2024, 60(6):  973-978.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.090
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    专用集成前置放大器RENA3因噪声低而广泛用做粒子辐射探测器的前置放大器, 但RENA3的最大输入电荷量限制了其量程。针对这一问题, 提出一种通过在RENA3的输入端并联电容的方法来扩展量程, 并对该扩量程技术方案进行理论分析、PSpice仿真分析和实验验证。实验结果与理论分析和数值模拟结果相吻合, 由此验证了所提出方法的可行性。该方法可适用于其他专用集成前置放大器的量程扩展。
    融合图结构学习和轻量级循环建模的地图匹配方法
    罗威, 刘钰, 黄强, 武志昊
    2024, 60(6):  979-988.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.087
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    现有的地图匹配方法主要依赖序列到序列模型来捕获轨迹内关联性, 忽略路段间、轨迹间以及轨迹与路段间的关联性。同时, 现有方法采用的循环神经网络因其固有结构, 难以进行高效的并行计算。为了充分利用数据中存在的多种关联性, 并提升模型的并行计算能力, 提出一种融合图结构学习和轻量级循环建模的地图匹配方法(GMMSR)。通过路网卷积和轨迹图卷积, 建模路段之间和轨迹之间的关联性, 采用在隐空间对齐路网和轨迹表示的方式, 建模轨迹与路段之间的关联性。利用轻量级循环单元实现模型更高效的并行计算。在北京市某区域轨迹路网数据集上的实验结果表明, 所提模型较已有基准模型在精度上实现大幅度提升, 在效率上相当或更好。
    基于图像分割技术的智能造字研究
    蒋建斌, 黄松, 吴建国
    2024, 60(6):  989-1000.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.088
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    目前, 基于风格学习的智能造字技术生成的字体与用户手写风格相似度低, 基于GPU (graphics processing unit)风格迁移的方法成本高昂。为解决上述问题, 利用深度学习和图像分割技术, 提出一种新型智能造字方法, 在保持高度相似风格的同时, 满足用户个性化需求, 并降低成本。采用DeepLab v3+技术, 用户输入的775个字体图像经过数据质量评估模型筛选后, 通过图像分割模型进行部件拆分, 然后精细地调整部件并去除噪点, 最终矢量化后生成TrueType字体。与现有技术相比, 该方法能够显著地提升相似度并降低成本, 可以有效地满足用户个性化定制需求。
    一种改进型LeNet的交通标识多分类异构加速器的实现
    杨永杰, 郑君泰, 马立, 杨昊
    2024, 60(6):  1001-1008.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.089
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    提出一种基于改进型LeNet的交通标志多分类异构加速器的实现方案。该加速器利用ARM+FPGA异构平台, 将改进型LeNet的前向推理部署到FPGA上, 实现并行计算。在FPGA端, 采用AXI-Stream协议, 通过DMA实现数据高速流转, 使用数组分区和多级流水线 等技术实现数据的并行处理。 在ARM端使用PYNQ框架进行数据更新和加速器调度。在GTSRB数据集上的实验结果显示, 该设计方案在工作时钟频率为50 MHz时, 平均推理时间为14.489 ms, 在MCU上的推理时间为710 ms, 加速比可达49, 对于实现交通标识多分类的边缘端应用具有显著的作用。
    水下高阶声场宽带信号最优检测后处理方法
    王强, 吴玺宏, 潘悦, 高山
    2024, 60(6):  1009-1014.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.091
    摘要 ( )   HTML   PDF (1871KB) ( )  
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    针对小孔径传感器在实际多干扰目标条件下分辨能力弱、应用难的问题, 提出一种高阶声场分阶的宽带信号最优检测后处理方法。利用典型噪声场在高阶声场各阶信号不相关的特性, 通过分阶波束形成, 对波束内信号功率以及噪声功率进行估计, 根据各子带信噪比构建最优检测滤波器。通过千岛湖湖上实测数据验证, 该方法的检测性能可以在原有HOA-MVDR方法的基础上提高2~7.5 dB, 并且能够提高强目标干扰条件下的多目标分辨能力。
    基于非支配排序的改进多目标蜣螂算法优化含清洁能源的微电网调度
    温夏露, 黄鹤, 茹锋, 刘国权, 王会峰
    2024, 60(6):  1015-1027.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.068
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    含有清洁能源的微网电力资源网内分配需要协调优化经济成本与低碳节能, 而现有的多目标蜣螂优化算法寻优能力不足。针对这一问题, 提出一种基于非支配排序的改进多目标蜣螂算法优化的微电网调度方法NSIDBO。1) 构建含风光柴燃蓄的微电网系统及各单元自身约束模型, 建立基于经济与环保的多目标代价函数; 2) 设计基于扰动因子的Tent 映射, 在此基础上增加3个参数, 增大映射分布范围, 提高初始化种群多样性; 3) 引入新型非支配排序, 找到最优pareto前沿; 4) 设计一种翻滚跟踪优化策略, 以动态步长更新“滚球者”, 增加DBO的全局勘探能力和寻优精度; 5) 设计一种自适应种群内部划分机制, 更新“滚球”和“偷窃蜣螂”的比重, 进一步提升了算法收敛性。选取IEEE-RTS提供的典型日24小时负荷数据进行仿真实验, 结果表明, 所提NSIDBO算法优化含清洁能源微电网调度规划得到的解, 比5种对比算法的综合性能更优, 可以实现微电网的安全与稳定控制。
    大西洋经向翻转流多百年际变率的二维海洋模式研究
    王鉥祥, 杨海军
    2024, 60(6):  1028-1036.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.070
    摘要 ( )   HTML   PDF (1024KB) ( )  
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    利用简单海洋环流模式, 对大西洋经向翻转流(AMOC)的多百年际振荡进行模拟研究。首先推导纬向平均的二维海洋环流模式, 得到AMOC的控制方程及关键参数。然后利用数值方法, 使用混合边界条件, 在合适的边界条件和强迫场条件下模拟合理的AMOC气候态。通过向北半球副极地表层添加盐度通量随机强迫, 进行长时间积分, 激发AMOC的多百年际变率。功率谱分析结果表明, AMOC可以展现约260年的周期性振荡, 对AMOC进行EOF分解得到的主模态主要信号位于较深的海盆, 表明多百年际变率可能与较深层海洋的变动联系紧密。最后探究振荡周期与海盆体积及AMOC强度的关系, 海盆体积越大, 振荡周期越长; AMOC越强, 振荡周期越短。
    晚奥陶纪地球气候对地球轨道变化的响应
    于浩男, 刘永岗, 林琪凡, 魏梦宇, 左浩悦, 张健, 章露露
    2024, 60(6):  1037-1054.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.084
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    使用大气–海洋环流模式CESM1.2.2, 在不同的轨道配置情况下, 对晚奥陶纪地球气候进行一系列敏感性试验。结果表明, 地球轨道变化可以使局地年平均温度变化幅度超过5.5℃, 季节温度变化幅度超过23℃, 岁差变化对全球平均温度的影响小于0.2℃; 当地球自转轴倾角从22.5°变为24.5°时, 由于高纬度接收的年平均太阳辐射通量增加, 加上冰雪的反馈, 全球平均温度可以增加约1℃。地球轨道变化对全球平均降水量的影响有限, 但对降水的时空分布影响较大。岁差的变化能够控制热带辐合带的南北移动, 地球自转轴倾角增大可以使两极地区降水增多, 两者共同影响全球的降水分布。地球轨道变化对季风区的分布格局影响很大, 岁差的变化使全球季风区面积变化幅度超过40%, 中–高纬度季风区还受到地球自转轴倾角的影响, 面积变化幅度可达到约10%。尽管晚奥陶纪全球地表平均温度超过18℃, 但在大部分轨道配置情况下, 南极附近的大陆仍然有深厚的积雪, 具备形成广泛冰盖的潜力。
    含磷矿物信息学的可视化研究
    庄子仪, 李艳, 殷荣章, 伍峻琦, 鲁安怀, 赖勇
    2024, 60(6):  1055-1066.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.077
    摘要 ( )   HTML   PDF (9533KB) ( )  
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    将网络分析、元素相关性分析及系统发育分析应用到矿物晶体化学数据的可视化方法学研究中。以含磷矿物为例, 绘制矿物成分和成因网络力导向图和二分网络图、矿物晶体特征演化系统发育树和矿物组成元素的相关性热图。这些可视化方法同时考虑了矿物在空间和时间上分布和演化的多样性及其物理化学性质等信息, 有助于用深时矿物学记录来探究地球环境的演化, 并理解其演化过程和驱动机制。
    1.32 Ga基性岩床侵位的环境效应探究
    张朝鲲, 田伟, 何衍鑫, 朱伟鹏, 李舜
    2024, 60(6):  1067-1078.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.069
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    为了探究中元古代时期地球深部动力与全球碳循环过程、环境变化及星球演化的关系, 选取北京黄土贵剖面, 对1.32 Ga燕辽地区基性岩床的侵位特征及环境效应进行研究。通过岩石学及数值模拟分析, 发现1.32 Ga基性岩床以“岩浆指”的形态侵位于围岩中, 对围岩产生显著的热效应, 使富碳围岩中有机质的镜质体反射率显著提升, 有机质由未成熟阶段演化至过成熟阶段; 该期基性岩床侵位于华北以及北澳大利亚克拉通地层, 热释气量可达3.61×1012 t当量的CO2, 促进地壳沉积物中碳的活化, 具有明显的环境效应。
    雄安新区壳幔结构揭示的大陆岩石圈改造模式
    张合, 蒋一然, 王虹宇, 温景充, 宁杰远
    2024, 60(6):  1079-1093.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.100
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    利用宁杰远科研小组2022年10月到2023年7月期间布设的台间距约为16 km的甚宽频带密集地震观测资料, 基于蒋一然新发展的基于人工智能的远震瑞利面波频散曲线提取技术, 获得大量高质量远震瑞利面波频散曲线, 在此基础上进行考虑了有限频效应的相速度成像以及基于马尔可夫链蒙特卡罗非线性技术的S波速度结构反演, 得到雄安新区的壳幔S波速度结构。基于S波速度结构得到以下认识: 1) 太行山地壳下方直接与软流圈物质相接触; 2) 太行山东南部华北平原地壳下方存在厚度不大的岩石圈地幔; 2) 太行山与其东部区域的地壳之间具有存在和不存在巨厚镁铁质下地壳的区别; 太行山山前断裂一带是中生代晚期以来导致古老岩石圈拆沉的地幔热物质上升的核心区域; 该地区岩石圈新生代以来经历的是拉伸兼冷却的地球动力学过程。最后, 提出雄安新区高热流值的动力学模式。
    新冠疫情与俄乌冲突背景下世界玉米海运格局变化研究
    赵鹏军, 尹昭有, 张梦竹, 牛樱楠, 何张源
    2024, 60(6):  1094-1106.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.023
    摘要 ( )   HTML   PDF (3031KB) ( )  
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    采用2019, 2021和2022年的国际玉米贸易数据, 通过矩阵构建和算法设计进行数据映射, 探究新冠疫情与俄乌冲突背景下全球玉米海运格局的变化, 得到以下结果。1) 泛地中海、西北太平洋近岸海域和加勒比海海域是世界玉米航运的3个核心。2) 疫情和俄乌冲突对世界玉米航运结构的影响有限, 局域变动大于整体变动, 冲突对世界玉米航运格局的影响集中在泛地中海地区。玉米航运格局演化量变仍在持续积累。3) 疫情和俄乌冲突都对航道玉米运量和运价产生双重效应, 俄乌冲突干扰了疫情缓和后世界玉米航运的反弹。考虑到全球航运玉米单价上涨, 黑海相关航道经济价值下降明显, 南美经好望角至东亚、东南亚的大洋航道等经济价值增长态势良好。4) 泛地中海海域航道具有高度的综合价值; 虽然非洲大陆西侧岸线等航道的经济价值较低, 但具有较高的国际服务价值。
    我国退耕还林还草工程实施后林草用地变化的时空特征
    张谱, 易媛媛, 徐晋涛
    2024, 60(6):  1107-1122.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.081
    摘要 ( )   HTML   PDF (6355KB) ( )  
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    选取MODIS土地利用数据, 分析我国退耕还林工程实施后林草用地时空变化特征以及政策变动对林草用地变化的影响, 得到以下结果。1) 退耕还林工程实施后, 我国林地和“广义耕地” (即包含果园的耕地)面积总体上呈现小幅上升趋势, 草地呈下降趋势。2) 部分果园和林地未破坏耕作层, 可恢复为耕地或通过工程措施恢复为耕地, 如果将这些土地考虑在内, 则我国的耕地没有流失的趋势, 18亿亩耕地红线目前并未受到威胁。3) 退耕还林主要发生在云南、四川和黑龙江等省份, 分别占全国耕地转为林地面积(10.95 万 km2)的9.72%, 9.28%和7.68%; 林地转耕地主要发生在四川、湖南和贵州等省份, 分别占全国林地转为耕地面积(10.44 万 km2)的 18.47%, 9.59%和9.35%。四川等省份退耕还林和复耕同时大量存在, 可能是考虑地理位置和土壤质量等因素进行的良性调整, 也可能是因为粮食安全和环境保护政策区域的异质性而导致的无谓变化, 有待进一步研究。4) 以2001年为耕地, 2002年退耕还林的林地为例, 退耕还林后的林地18年后一半复耕(50%), 部分保存(37%), 极小部分退化(3%)。5) 退耕还林补贴能够降低退耕还林的林地复耕比例, 但增加了自然条件不适合造林的土地由耕地转为林地的比例。
    雄安新区千年秀林土壤水分变化规律的研究
    郑强, 杨彬云, 相云, 郑成洋
    2024, 60(6):  1123-1130.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.074
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    为了营造近似自然林、具有自我调节能力的“千年秀林”, 利用千年秀林观测站样地实测土壤水分数据, 对照河北雄安新区32个气象站气象数据, 采用机器学习和数理统计方法, 研究雄安新区千年秀林的土壤含水量变化规律, 得到如下结果。1) 雄安新区千年秀林土壤含水量受季风气候的影响显著, 存在明显的季节性波动。1—3月土壤解冻后, 土壤含水量小幅度升高, 3—6月逐步下降, 6月降到最低; 6月以后呈现上升的趋势, 8月达到年际最高; 9月之后有下降的趋势。2) 千年秀林0~10 cm表层的土壤相对湿度与降水量显著正相关, 20~30 cm和30~50 cm土层的土壤相对湿度与降水量之间变化规律不明显。3) 降水强度对不同土层土壤相对湿度的影响存在差异, 当日降水量超过20 mm时, 土壤湿度才会出现显著的变化。4) 雄安新区气象站土壤水分含量数据与千年秀林实地观测数据的变化规律基本上一致。研究结果可为千年秀林的植树管理提供水分变化的科学依据。
    中国可再生能源发展水平时空分异特征及影响因素
    马华, 方叶兵, 贝亦明, 刘琪, 方显唯, 曹卫东
    2024, 60(6):  1131-1142.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.079
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    使用2011—2020年中国省级面板数据, 基于ESDA模型和GTWR模型, 分析中国可再生能源发展水平的时空关联以及影响因素。结果表明, 2011—2020年, 中国可再生能源发展水平总体上呈现上升趋势, 区域间差异及空间集聚程度逐渐减小, 各省份可再生能源发展水平表现出由低向高演变的格局, 空间分布上呈现“东–中–西”阶梯式递增的特征。与GWR模型相比, GTWR模型能更好地拟合各影响因素对可再生能源发展的影响。电力消费量对可再生能源发展的正向影响最大, 研究与试验发展(R&D)经费对可再生能源发展的负向影响最大, 且各影响因素之间存在显著的空间异质性。
    关于致密物质的桃源对话
    周恩平, 姜金辰, 罗煜东, 王维扬, 夏铖君, 张晨, 徐仁新
    2024, 60(6):  1143-1156.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2024.097
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    理解低温致密物质的状态方程, 即中子星内部结构, 是多信使天文学时代的核心课题。为了促进相关领域的学术交流, 特别是核物理和天体物理领域之间的交叉融合, 我们发起并组织“关于致密物质的桃源对话(DDF2024)”研讨会。与会者探讨了脉冲星天体物理学、瞬变现象、强子与核物质、超核物质夸克自由度、数值相对论等多领域话题, 包括机制探讨、模型构建、观测影响及新设施介绍等, 通过邀请报告和自由讨论展开深入的交流。会议期间探访了FAST望远镜。